Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Якісний аналіз неорганічних катіонів 1 страница




Розділ 1. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ

ВСТУП

Аналітична хімія – наука про методи визначення хімічного складу та хімічної будови речовин.

Склад речовин має якісну та кількісну характеристики. Встановити склад речовин – це визначити які компоненти (елементи, іони, молекули і т. ін.) утворюють цю речовину і в яких співвідношеннях.

Будова речовини – це порядок атомів та їх хімічні зв´язки між молекулами або іонами речовин. Визначити будову – це розкрити цей порядок та виявити хімічний зв´язок між компонентами речовини.

Визначення якісного та кількісного складу речовин, їх будови проводять методами хімічного аналізу. Отже, аналітична хімія – наука яка створює методи хімічного аналізу.

Хімічний аналіз в залежності від аналітичних завдань можна поділити на якісний, кількісний та структурний.

Якісний аналіз – це процес ідентифікації речовини, що дозволяє встановити з яких хімічних елементів складається досліджувана проба, які іони, функціональні групи або молекули входять до її складу.

Кількісний аналіз – це визначення кількісного вмісту компонентів або їх співвідношення один до одного. При вивченні невідомої речовини спершу виконують якісний аналіз, а потім кількісний.

Структурний аналіз – це дослідження структури речовини.

Хімічний аналіз здійснюють за допомогою хімічних, фізичних та фізико-хімічних методів.

Хімічні методи основані на використанні хімічних реакцій, які супроводжуються наглядним зовнішнім ефектом (наприклад, зміна забарвлення розчину, розчиненням або утворенням осаду, виділенням газу).

Фізичні та фізико-хімічні методи також називають інструментальними, тому що для проведення аналізу використовують аналітичні прилади або апарати, які реєструють фізичні властивості або зміни цих властивостей.

В залежності від складу досліджуваної суміші розрізняють: аналіз неорганічних речовин, який включає визначення катіонів та аніонів; аналіз органічних речовин, що підрозділяється на елементний аналіз - відкриття і визначення елементів та функціональний аналіз - аналіз функціональних груп, які складаються з декількох хімічних елементів і мають певні властивості; молекулярний - аналіз окремих хімічних сполук.

Головною метою якісного аналізу є відкриття у досліджуваній пробі окремих катіонів, функціональних груп або елементів, які входять до її складу з використанням хімічних, фізичних і фізико-хімічних методів аналізу.

Існують сірководнева, кислотно-основна та аміачно-фосфатна класифікації катіонів. Історичним перший виник сірководневий систематичний хід аналізу катіонів, що запропонований російським хіміком в 1871 році Меншуткіним. В основі якого лежить різна розчинність сульфідів металів в залежності від кислотності середовища. Основним недоліком цієї класифікації є токсичність сірчистого водню. За аміачно-фосфатною класифікацією катіони поділяються на 5 груп, наведених в таблиці 1.

Катіони першої аналітичної групи K+ Na+ NH4+

До першої аналітичної групи відносять катіони головної підгрупи періодичної системи елементів Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, а також комплексний аніон NH4+. Катіони першої аналітичної групи утворюють сполуки з іонним характером зв’язку. Майже всі сполуки катіонів першої групи розчинні у воді, тому вони не мають групового реагента. Іони K+ та Na+ стійкі до дії окисників та відновників, здатні утворювати пересичені розчини. Усі іони безбарвні, окрім сполук, до складу яких входить забарвлений аніон.

Таблиця 1

Група Катіони Груповий реагент Розчинність сполук
I K+ Na+ NH4+ Немає Хлориди, нітрати, фосфати розчинні у воді
II Перша підгрупа Ва2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ Друга підгрупа Fe3+, Аl3+, Cr3+, Bi3+ (NH4)2HPO4 +NH4OH Фосфати Ва3(PO4)2, Sr3(PO4)2, Ca3(PO4)2, Fe3(PO4)2, Mg(NH4)PO4, Mn(NH4)PO4 нерозчинні у воді, але розчинні у оцтовій кислоті. Фосфати АlPO4, CrPO4, FePO4, BiPO4 нерозчинні у воді, оцтовій кислоті, але розчинні в хлоридній, нітратній та сульфітній кислотах
III Cu2+, Cdd+, Hg2+, Co2+, Ni2+, Zn 2+ (NH4)2HPO4 +NH4OH Фосфати нерозчинні у воді, але розчинні в надлишку аміаку, з утворенням аміакатів металів [Cu(NH3)4]2+, [Cd(NH3)4]2+, [Hg(NH3)4]2+, [Zn(NH3)4]2+, [Co(NH3)6]2+ , [Ni(NH3)6]2+
IV Sn2+, Sn(IV), Sb(III), Sb(V), As(III), As(V) HNO3+ H3PO4 Метасурм’яна, метаолов’яна, миш’яковисто-фосфорна кислоти не розчиняться у воді та нітратній кислоті
V Ag+, Pb2+, Hg2+ HCl Хлориди AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 не розчинні у воді та розведених кислотах

Реакції іонів калію К+

Натрій гідротартрат NaHC4H4O6:

 
 

 

 


Катіони калію з натрій гідротартратом утворюють білий кристалічний осад калій гідротартрату, який розчиняється в мінеральних кислотах і лугах І не розчиняється в оцтовій кислоті:

Для утворення осаду КНС4Н4О6 можна використовувати і тартратну кислоту:

Але оскільки КНС4Н4О6 розчиняється в сильних кислотах, то ця реакція оборотна і осад з розведених розчинів може не випасти. Для зміщення рівноваги в правий бік необхідно зв’язати іони водню, що досягається введенням ацетат іону:

Оцтова кислота (КНАс=1,86 ) слабкіша за тартратну ( ), тому вона не розчиняє КНС4Н4О6.

Калій гідротартрат помітно розчиняється в холодній воді, тому при проведенні цієї реакції необхідна досить висока концентрація реагуючих речовин.

Розчинність калій гідротартрату значно підвищується при нагріванні. Тому реакцію необхідно виконувати при кімнатній температурі або навіть і при охолодженні. Розчинність КНС4Н4О6 значно зменшується в присутностіетанолу.

Виходячи з наведених властивостей калій гідротартрату, при виявленні іонів К+ за допомогою NaHC4H4O6 слід додержуватися наступних умов:

а) середовище розчину, в якому виявляють iони К+ повинно бути нейтральним або оцтовокислим;

б) концентрація іонів калію повинна бути досить високою;

в) реакцію слід проводити в холодному розчині.

Умови виконання реакції. До 3-5 крапель розчину добавляють 3-4 краплі розчину МаНС4Н4Об. Пробірку струшують і потирають внутрішні стінки скляною паличкою. У присутності К+ випадає осад білого кольору.

Осад КНС4Н4О6 взмучують і піпеткою переносять в чотири пробірки. Досліджують відношення осаду до дії мінеральної кислоти, лугу, оцтової кислоти та нагрівання.

Натрій гексанітрокобальтат (III) Na3[Co(NO2)6] Натрій гексанітрокобальтат (Ш) у нейтральному або оцтовокислому розчині утворює з іонами калію жовтий кристалічний осад;

В лужному середовищі розкладається з утворенням темно-бурого осаду Со(ОН)3:

Мінеральні кислоти також розкладають гексанітрокобальтат-іони і тому при виявленні іонів К+ необхідно зв’язувати іони водню додаванням ацетат-iонів:

Реакція виявлення іонів К+ за допомогою Nа3[Со(NО2)6] більш чутлива, ніж реакція з КНС4Н4Об, i тому її використовують частіше.

При зберіганні Nа3[Со(NО2)6] розкладається, причому його буре забарвлення змінюється на рожеве, яке обумовлене забарвленням іону Со2+. Такий реактив непридатний для виявлення Іонів К+.

Іони NН4+ утворюють з Nа3[Со(NО2)6] осад, який за кольором і формою подібний до осаду, що утворюється при взаємодії К+ з Nа3[Со(NО2)6], тому NН4+-іони заважають проведенню цієї реакції і вони повинні бути відсутні.

Підсумовуючи сказане, можна зробити висновок, що при виявленні іонів K+ за допомогою Nа3[Со(NО2)6] необхідно, щоб розчин був нейтральним або оцтовокислим і в розчині повинні бути відсутні іони NH4+.

Умови виконання реакції. До 2-3 крапель розчину солі калію добавляють 2-3 краплі розчину Nа3[Со(NО2)6]. В присутності іонів К+ випадає осад К2Nа[Со(NO2)6] жовтого кольору.

Осад взмучують і ділять за допомогою піпетки на 3 частини. Досліджують відношення осаду до дії сильної кислоти, лугу і оцтової кислоти.

Виявлення іони К+ за допомогою натрій-свинець гексанітрокупрату (II) мікрокристалоскопічним способом. Іони калію утворюють з Nа2Pb[Сu(NО2)6] осад K2Pb[Сu(NО2)6] чорного або коричневого кольору.

Кристали, які утворилися мають кубічну форму, їх розглядають під мікроскопом.

Реакції виявлення іонів К+ заважають іони NH4+, бо вони теж утворюють осад аналогічної форми і з таким же забарвленням.

Умови виконання реакції. На предметне скло наносять краплю розчину солі калію і випарюють на водяній бані досуха. Після охолодження добавляють до сухого залишку краплю розчину Nа2Pb[Сu(NО2)6] і розглядають кристали, що утворилися, під мікроскопом.

Забарвлення полум’я солями калію. Солі калію забарвлюють полум’я у блідо-фіолетовий колір.

Умови виконання реакції. Платинову пластину занурюють у розчин соляної кислоти і прожарюють у полум’ї, поки не зникне забарвлення. Цю операцію повторюють декілька разів, поки після чергового занурення платинової дротинки в соляну кислоту і внесення її в безбарвне полум’я не зникне блідо-фіолетове забарвлення. Після цього чисту платинову дротинку занурюють у розчин, який досліджується і вносять у полум’я. В присутності сполук калію полум’я забарвлюється в блідо-фіолетовий колір.

Реакції іонів амонію NН4+

Розведений розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом:

NH4OН - амоній гідроксид відноситься до слабких електролітів. При взаємодії NH4OН з кислотами утворюються амонійні солі. За властивостями ці солі подібні до солей калію. Майже всі солі амонію, за винятком гідротартрату, гексанітрокобальтату (Ш) та хлороплатинату (IV), добре розчиняються у воді.

Реакції іонів амонію. Луги NаОН та КОН при нагріванні виділяють з розчинів солей амонію аміак:

Аміак, що виділяється, можна виявити за запахом або за допомогою червоного лакмусового папірця, змоченого водою, який синіє у парі аміаку внаслідок утворення основи NH4OН:

Якщо в пару аміаку помістити фільтрувальний папір, змочений розчином нітрату ртуті (І), то він чорніє внаслідок виділення металічної ртуті.

При внесенні в газоподібний аміак скляної палички, змоченої концентрованою соляною кислотою, з’являється "білий димок" NH4Сl:

Виконання реакції. До 3-5 крапель розчину солі амонію в пробірці добавляють 5-7 крапель розчину NaOН, пробірку нагрівають і до отвору пробірки підносять червоний лакмусовий папірець, змочений водою, або смужку фільтрувального паперу, змочену розчином нітрату ртуті (І). При цьому червоний лакмусовий папірець синіє, смужка фільтрувального паперу з Нg2(NO3)2 чорніє.

Якщо до отвору пробірки піднести скляну паличку, змочену концентрованою НСl, то з’явиться "білий димок" NH4Сl.

Реактив Несслера К2[HgI4]+КОН іонами амонію утворює аморфний червоно-бурий осад [ОНg2NH2]I.

 


При малих концентраціях іонів NН4+ осад не утворюється, але розчин забарвлюється в жовтий колір.

Реакція надзвичайно чутлива і придатна до виявлення навіть дуже малих ("слідів") концентрацій іонів NН4+.

Виявленню іонів NН4+ за допомогою реактиву Несслера заважають іони Fе3+, Сг3+, Ni2+ та інші, що утворюють при дії лугу нерозчинні у воді забарвлені гідроксиди, а також іони Нg2+, Sn2+, Sb3+, які при взаємодії з йодид-іонами руйнують реактив.

Відношення солей амонію до нагрівання. При високій температурі солі амонію розкладаються. Характер розкладу залежить від природи аніона солі. При прожарюванні амонійної солі леткої кислоти відбувається повна термічна дисоціація солі на аміак і кислоту:

Якщо до складу амонійної солі входить аніон нелеткої кислоти, то при прожарюванні такої солі виділяється тільки аміак:

При прожарюванні амонійної солі з аніоном-окиснювачем аміак окиснюється до азоту або до оксидів азоту:

Катіони другої аналітичної групи Ва2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Аl3+, Cr3+, Bi3+

Груповим реагентом на ці іони є гідрофосфат амонію (NH4)2HPO4 або гідрофосфати лужних металів, які в присутності гідроксиду амонію утворюють малорозчинні у воді фосфати (див табл. 1). По відношенню до дії оцтової кислоти катіони II групи можна поділити на дві підгрупи: до першої відносять іони Ва2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+- фосфати яких розчинні в оцтовій кислоті, а до другої - Fe3+, Аl3+, Cr2+, Bi2+, фосфати яких в оцтовій кислоті не розчиняються, але розчинні в сильних мінеральних кислотах. Більшість сполук катіонів другої аналітичної групи малорозчинні у воді. Розчинними є хлориди, нітрати, нітрити, йодиди, за винятком вісмутe йодида, сульфати, за винятком іонів кальцію, стронцію та барію. Сполуки заліза та хрому здатні окиснюватися, а сполуки вищих ступеней окиснення відновлюватися.

Реакції іонів Ва2+, Са2+, Mn2+, Мg2+

Крім наведених вище групових реакцій на іони Ва2+, Mn, Са2+, які мають багато спільного і в умовах утворення малорозчинних сполук, і в їх властивостях, і у відношенні утворених сполук до дії кислот і лугів, зупинимось на реакціях, які хоч і є груповими на названі іони, але вони характеризуються і відмінностями. Такими реакціями є реакції іонів Ва2+, Mn, Са2+ з хромат- та біхромат-іонами, з оксалат-іонами.

Дія хромат- та біхромат-іонів К2CrO4, К2Сr2О7. Хромат-іони при взаємодії з катіонами Ва2+, утворюють осади ВаСгО4 жовтого кольору:

Кальцій хромат СаСrO4 має досить високу розчинність у воді () і тому при концентраціях, що застосовуються в якісному аналізі, в осад не випадає.

Хромати барію і стронцію розчиняються в мінеральних кислотах:

Стронцій до того ж розчиняється і в оцтовій кислоті, в той час як барій хромат в оцтовій кислоті не розчиняється:

При дії біхромат-іонів на іони Ва2+, Sr2+, Са2+ випадає осад тільки ВаCrO4:

Справа в тому, що Сr2О72- - іони у водному розчині взаємодіють з водою і утворюють СrО42- - іони. При цій взаємодії встановлюється рівновага:

при якій концентрація [СгО42-] є достатньою для утворення осаду ВаСгО4 і недостатньою для утворення осаду SrСrО4.

Але і повнота осадження іонів Ва2+ не буде досягнута внаслідок високої концентрації іонів водню, що виділяються по мірі утворення осаду ВаСrО4. Для досягнення повноти осадження ВаСrО4 необхідно понизити концентрацію іонів водню введенням в розчин натрій ацетату. Реакцію осадження ВаСrО4 проводять при рН 4,5.

Реакцію утворення ВаСrО4 за допомогою К2Сr2О7 в присутності ацетатного буферного розчину використовують не тільки для виявлення іонів Ва2+, але і для їх відокремлення від іонів Sr2+ і Са2+.

Виконання реакції. До 2-3 крапель розчину в пробірці добавляють 2-3 краплі ацетатного буферного розчину і 2-3 краплі К2Сr2О7. При наявності іонів Ва2+ випадає осад жовтого кольору. Виявленню іонів Ва2+ заважають іони Рb2+, Ag+,Вi+, Hg22+.

Дія оксалатів (NH4)2C204. Амоній оксалат - сіль амонію і оксалатної кислоти Н2С2О4 утворює з іонами Ва2+, Sr2+ і Са2+ білі кристалічні осади:

Осади розчиняються в сильних кислотах (HCl, HNO3), але не розчиняються в оцтовій кислоті.

Реакція утворення малорозчинного кальцій оксалату СаС2О4 частіше за інші використовується для виявлення іонів Са2+. Іони Ва2+, Sr2+ заважають виявленню іонів Са2+ тому вони повинні бути спочатку відокремленими.

Дія гіпсової води СаSО4. Насичений розчин СаSО4 осаджує іони Ва2+ і Sr2+ у вигляді сульфатів:

Концентрація іонів SО42- в насиченому розчині СаSО4 є достатньою для утворення малорозчинних ВаSО4 і SrSО4, оскільки розчинність останніх сульфатів значно менша за розчинність СаSО4. Оскільки добуток розчинності ВаSО4 () значно менший за добуток розчинності SrSО4 () осад ВаSО4 утворюється швидко. Осад SrSО4 утворюється повільно при нагріванні, причому осад з’являється у вигляді каламуті, помутніння розчину. Реакція виявлення іонів Sr2+ за допомогою гіпсової води використовується після попереднього відокремлення іонів Ва2+ від іонів Sr2+.

Дія натрію родизонату Na2C6O6 Іони барію утворюють з натрій родизонатом Nа2С6О6

Малорозчинний у воді бурова то-червоний осад барій родизонату BaC6O6

При дії хлоридної кислоти (HCl) утворюється барій гідрородизонат ярко-червоного кольорову.

Виконання реакції. На фільтровальний папір наносять 1 краплю розчину і 1 краплю 0,1% спиртового розчину натрій родизонату. При наявності іонів Ва2+ з’являється буровато-червона пляма, яка при змочуванні розчином НС1 стає ярко-червоною.

Іони Sr2+ також взаємодіють з натрій розидонатом з утворенням стронцій розидонату буровато-червоного кольору SrC6O6. Але на відміну від барій розидонату при дії хлороводневої кислоти забарвлення стронцій розидонату зникає. Тому цю реакцію використовують для виявлення іонів барію в присутності іонів стронцію і іонів стронцію у відсутності іонів барію. Іони важких металів заважають цій реакції.

Виявлення іонів Ba2+ в присутності іонів інших металів. До 5-6 крапель розчину в пробірці добавляють 6 н. розчин NH4ОН до лужної реакції і нагрівають суміш в пробірці до кипіння. При цьому випадають осади гідроксидів металів, за винятком лужних і лужноземельних елементів. Осади гідроксидів відокремлюють центрифугуванням. 2-3 краплі розчину центрифугату наносять на фільтрувальний папір, пляму змочують свіжеприготованим спиртовим розчином натрій родизонату і потім 2 н. розчином НС1. В присутності іонів Ва2+ утворюється гідрородизонат ярко-червоного кольору, який не руйнується в присутності 2 н. НС1.

Реакція виявлення Мg2+ за допомогою амоній або натрій гідрофосфату Nа2HРО4. Іони Мg2+ з натрій гирофосфатом в присутності аміачного буферного розчину утворюють білий кристалічний осад подвійної солі МgNН4РО4.

Осад розчинюється в мінеральних і оцтовій кислотах.

Проведенню реакції заважають іони Ва2+ Са2+, а також. Тому іони Mg2+ виявляють тільки після відокремлення іонів Ва2+, Са2+ іонів важких металів.

Реакція осадження іонів Мg2+ у вигляді подвійної солі часто використовується не тільки в якісному, але і в кількісному аналізі.

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину в пробірці добавляють 2 - 3 краплі амоній гідрофосфату, 3 - 5 крапель аміачної буферної суміші і концентрований розчин NH4OH до запаху. Внутрішні стінки пробірки потирають скляною паличкою. В присутності іонів Mg2+ випадає білий кристалічний осад МgNН4РО4.

Виявлення іонів Мg2+ за допомогою магнезону І та магнезону II. Магнезон І (п-нітробензол-азо-резорцин) та магнезон II п-нітробензол-азо-α-нафтол), які в лужному середовищі забарвлені і червоний або червоно-фіолетовий колір, з гідроксидом магнію утворюють адсорбовану сполуку, яка має темно-синє забарвлення.

Виконання реакції. До 2 - 3 крапель розчину добавляють 2 - 3 краплі лужного розчину магнезону І або магнезону II і 10 - 15 крапель 2 н. розчину КОН. В присутності іонів Мg2+ утворюється осад синього кольору або розчин стає синім при малій концентрації іонів Мg2+.

Окиснення іонів Мn2+ в лужному середовищі Як уже відзначалося, луги NаОН і КОН осаджують іони Мn2+ у вигляді білого осаду Мn(ОН)2, який розчиняється в розведених мінеральних кислотах, солях амонію і не розчиняється в лугах.

Осад Mn(OH)2 на повітрі швидко окислюється до Mn(OH)3 і буріє:

При дальшому окисненні Мn(ОН)3 осад чорніє внаслідок утворення МnО(ОН)2

Нас цікавить осад Мn(ОН)3, оскільки він розчиняється в насиченому розчині Н2С2О4 з утворенням [Мn(C2O4)2]- рожевого кольору і ця реакція використовується для виявлення іонів Мn2+:

Виконання реакції В пробірку вносять 2 - 3 краплі розчину, добавляють 3 - 5 крапель розчину NaОН і суміш збовтують, поки осад не стане темно-коричневого кольору. Після цього в пробірку добавляють 5 - 7 крапель насиченого розчину оксалатної кислоти. В присутності іонів Мn2+ розчин забарвлюється в рожевий колір.

Дія пероксиду водню, хлору, брому. Іони Мn2+ в лужному середовищі окиснюються при дії пероксиду водню, хлору, брому і інших окиснювачів до сполук Мn(ІV):

При дії хлорної або бромної води реакція іде за рівнянням:

Якщо реакція відбувається в присутності іонів Сu2+ як каталізатора, то іони Мn2+ окиснюються до МnО4- -іонів.

Виконання реакції. В пробірку вносять 1 краплю розчину, 3-5 крапель лужного розчину бромної води, 5-7 крапель розчину СuSO4. Суміш в пробірці струшують і обережно (рідину може викинути) нагрівають до кипіння. Потім осаду СuО дають осісти. В присутності іонів Мn2+ розчин над осадом забарвлюється в малиново-фіолетовий колір.

Дія аміакату срібла на іони Мп2+. Аміакат срібла [Аg(NH3)2]+. У лужному розчині окиснює іони Мn2+ до Мn(ІV), а сам відновлюється до металічного срібла:




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-06-28; Просмотров: 1274; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.086 сек.